Traducido por el equipo de SOTT.net

Un estudio inicial de la energía oscura con el telescopio de rayos X eROSITA indica que ésta se distribuye uniformemente en el espacio y el tiempo.
three low mass clusters
© eRosita
Imágenes en rayos X (arriba) y en pseudocolor óptico (abajo) de tres cúmulos de baja masa identificados en los datos del sondeo eFEDS. El cúmulo con mayor desplazamiento al rojo procede de una época en la que el Universo era aproximadamente 10.000 millones de años más joven que en la actualidad. Las galaxias del cúmulo en ese caso son claramente mucho más rojas que las galaxias de los otros dos cúmulos.
Cuando Edwin Hubble observó galaxias lejanas en la década de 1920, realizó el revolucionario descubrimiento de que el Universo está en expansión. Sin embargo, no fue hasta 1998 que los científicos que observaban supernovas de tipo "Ia" descubrieron además que el universo no sólo se está expandiendo, sino que ha iniciado una fase de expansión acelerada. "Para explicar esta aceleración, necesitamos una fuente", explica Joseph Mohr, astrofísico de la LMU. "Y nos referimos a esta fuente como 'energía oscura', que proporciona una especie de 'antigravedad' para acelerar la expansión cósmica". Científicamente, la existencia de la energía oscura y la aceleración cósmica son una sorpresa, y esto indica que nuestra comprensión actual de la física es o bien incompleta o bien incorrecta. La importancia de la aceleración de la expansión se puso de relieve en 2011, cuando sus descubridores recibieron el Premio Nobel de Física. "Mientras tanto, la naturaleza de la energía oscura se ha convertido en el próximo problema ganador del Premio Nobel", afirma Mohr.

Ahora, I-Non Chiu, de la Universidad Nacional Cheng Kung de Taiwán, en colaboración con los astrofísicos de la LMU Matthias Klein, Sebastian Bocquet y Joe Mohr, ha publicado un primer estudio de la energía oscura utilizando el telescopio de rayos X eROSITA, que se centra en los cúmulos de galaxias.

Vela supernova remnant
© Peter Predehl, Werner Becker (MPE), Davide Mella
El "remanente de supernova Vela" que se muestra aquí es uno de los objetos más prominentes en el cielo de rayos X.
La fuente puntual azul brillante en el centro de la imagen es el púlsar Vela.
La antigravedad causada posiblemente por la energía oscura aleja los objetos entre sí y suprime la formación de grandes objetos cósmicos que, de otro modo, se formarían debido a la fuerza de atracción de la gravedad. De este modo, la energía oscura incide en dónde y cómo se forman los objetos más grandes del universo, es decir, los cúmulos de galaxias con masas totales que oscilan entre 1013 y 1015 masas solares. "Podemos aprender mucho sobre la naturaleza de la energía oscura contando el número de cúmulos de galaxias que se han formado en el universo en función del tiempo, o en el mundo observacional, en función del desplazamiento al rojo", explica Klein.

Sin embargo, los cúmulos de galaxias son extremadamente raros y difíciles de encontrar, lo que requiere sondeos de una gran parte del cielo utilizando los telescopios más sensibles del mundo. Con este fin, el telescopio espacial de rayos X eROSITA -un proyecto liderado por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) de Múnich- fue puesto en marcha en 2019 para llevar a cabo un sondeo de todo el cielo en busca de cúmulos de galaxias. En el sondeo eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS), un miniestudio diseñado para verificar el rendimiento del sondeo a todo cielo subsecuente, se encontraron alrededor de 500 cúmulos de galaxias. Esto representa una de las mayores muestras de cúmulos de galaxias de baja masa hasta la fecha y abarca los últimos 10.000 millones de años de evolución cósmica.

La densidad energética de la energía oscura parece ser uniforme en el espacio y constante en el tiempo

Para su estudio, Chiu y sus colegas utilizaron un conjunto de datos adicional además de los datos de eFEDS: datos ópticos del Programa Estratégico Subaru Hyper Suprime-Cam, dirigido por las comunidades astronómicas de Japón y Taiwán, y la Universidad de Princeton. El antiguo investigador doctoral de la LMU I-Non Chiu y sus colegas de la LMU utilizaron estos datos para caracterizar los cúmulos de galaxias en eFEDS y medir sus masas mediante el proceso de lente gravitatoria débil. La combinación de ambos conjuntos de datos permitió realizar el primer estudio cosmológico utilizando los cúmulos de galaxias detectados por eROSITA.

Sus resultados muestran que, mediante la comparación entre los datos y las predicciones teóricas, la energía oscura constituye alrededor del 76% de la densidad energética total del universo. Es más, los cálculos indicaron que la densidad energética de la energía oscura parece ser uniforme en el espacio y constante en el tiempo. "Nuestros resultados también concuerdan bien con otros enfoques independientes, como estudios anteriores sobre cúmulos de galaxias, así como los que utilizan lentes gravitacionales débiles y el fondo cósmico de microondas", afirma Bocquet. Hasta ahora, todas las pruebas observacionales, incluidos los últimos resultados de eFEDS, sugieren que la energía oscura puede describirse mediante una simple constante, normalmente denominada "constante cosmológica".

"Aunque los errores actuales sobre las restricciones de la energía oscura siguen siendo mayores de lo que desearíamos, esta investigación emplea una muestra de eFEDS que, después de todo, ocupa un área inferior al 1% del cielo completo", afirma Mohr. Este primer análisis ha sentado así una base sólida para futuros estudios de la muestra eROSITA de cielo completo, así como de otras muestras de cúmulos.

Referencia:

I-Non Chiu, Matthias Klein, Joseph Mohr, Sebastian Bocquet. Cosmological constraints from galaxy clusters and groups in the eROSITA final equatorial depth survey. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2023